電牽引采煤機網(wǎng)絡遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)

牛文斌，王明勇

潞安集團潞寧煤業(yè)公司，山西 長治 046032

0 引言

采煤機遠程通訊和工作面集中控制技術是現(xiàn)代化礦井的標志，它包括工作面設備，主要是采煤機的運行參數(shù)與地面控制中心的數(shù)據(jù)傳輸、運行狀態(tài)和位置的監(jiān)控，地面控制中心對井下設備工作運行的操作控制，也就是實現(xiàn)無人工作面的最終目的。

1 國內(nèi)外采煤機遠程控制系統(tǒng)的概況、水平和發(fā)展趨勢

美國JOY、德國Eickhoff采煤機都實現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠程傳輸、集中監(jiān)控和分集中控制，采煤機通過供電電纜的控制芯線或先導芯線與順槽集中控制站連接。順槽集中控制站包括負荷中心、調(diào)制解調(diào)器、微機MICOS、顯示器、鍵盤和接口。順槽集中控制站與采煤機、液壓支架控制系統(tǒng)、工作面輸送機、轉(zhuǎn)載機相連，通過中繼站可與大于5km的地面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器連接，后者把信號傳給礦井地面站。

國內(nèi)電牽引采煤機遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)的發(fā)展階段僅限于數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，MGTY/700-1.1WD系列采煤機控制系統(tǒng)都具有數(shù)據(jù)上傳監(jiān)測功能，但是上傳數(shù)據(jù)量較小，信號通過動力電纜傳輸干擾大，就礦上的監(jiān)測監(jiān)控、集中控制要求還有一定的差距。

2 系統(tǒng)構成

考慮到設備系統(tǒng)和智能型采煤機的配套和兼容性，與上位機集中監(jiān)控系統(tǒng)控制精度、數(shù)據(jù)準確性、及其它主機性能指標，總體設計思想為：基于MODBUSRTU通信技術，順槽主機監(jiān)測控制方式，對被控對象給定操作權限，實現(xiàn)身份智能識別。同時基于優(yōu)化控制技術，尋求設備效率的最大化，并通過算機圖形技術，建立良好的人機環(huán)境。包括上位機、下位機、可靠的位置感器、油缸行程傳感器、執(zhí)行機構及機械部分，其中：

硬件組成由MITSUBISHI FX2N-32MR可編程邏輯控制器、OMRON NS10系列工業(yè)控制PC、多路通信隔離轉(zhuǎn)換帶模擬量開關量采集電路、直流開關電源模塊、操作執(zhí)行元件等組成；執(zhí)行機構由高強度自復位式專用按鈕組成；機械結構為礦用隔爆型箱體結構。

3 網(wǎng)路拓撲結構

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構

系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結構如圖1所示，采煤機與遠程監(jiān)測控制系統(tǒng)之間通過MODBUS RS485連接，在遠程監(jiān)測控制系統(tǒng)為采煤機的上位機，可對采煤機的運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)讀取，也可以向采煤機的控制系統(tǒng)寫入數(shù)據(jù)，完成對采煤機的遠程監(jiān)測控制功能，同時將遠程監(jiān)控系統(tǒng)的RS485信號轉(zhuǎn)換成TCP/IP進入礦井環(huán)網(wǎng)交換機，工作面集成主機和地面集成主機都可以對工作面采煤機監(jiān)測控制。甚至通過Internet網(wǎng)絡發(fā)布，這樣就能在世界任何地點都能實時監(jiān)控煤礦生產(chǎn)運行情況。這就真正實現(xiàn)了采煤機的遠程監(jiān)測控制。

基于ModbusRTU和Web的通信機制Modbus是一種開放式的通訊協(xié)議，通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(例如以太網(wǎng)，RS485網(wǎng)絡)和其它設備之間可以通信，可以連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中監(jiān)控。ModbusRTU協(xié)議采用主／從查詢式的機制并采用CRC校驗算法，校驗發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。為了使現(xiàn)場總線網(wǎng)、外部互聯(lián)網(wǎng)充分擬合，發(fā)揮網(wǎng)絡智能監(jiān)控，引入了Web技術，通過Web瀏覽器以操作方式實現(xiàn)對電氣設備的遠程診斷和監(jiān)視，進一步提高設備自動化水平和維護管理水平。結合該兩種通信機制，設計了采煤機遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

采煤機數(shù)據(jù)流向如圖2所示，下圖中定義主控模塊將主機從采煤機的數(shù)據(jù)讀入，并送入PLC中的數(shù)據(jù)寄存器單元內(nèi)，同時將工作面集控系統(tǒng)或地面疾控系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)放入PLC對應的單元內(nèi)，對采煤機進行遠程控制。

圖2 采煤機數(shù)據(jù)流向

4 上位機遠程監(jiān)控集中控制

如圖3是漳村煤礦2303和3103自動化工作面集控系統(tǒng)采煤機監(jiān)測控制界面，界面中利用圖文、圖表可全面的監(jiān)控采煤機的運行狀態(tài)，界面中間綠色箭頭代表采煤機運行方向，框內(nèi)是采煤機實時速度，工作面傾角和走向傾角，棒狀圖形顯示電機的溫度和電流，綠色時為正常范圍，超過范圍以紅色報警顯示，同時采煤機故障狀態(tài)里面記錄故障內(nèi)容，中間采煤機圖形形象的現(xiàn)實采煤機滾筒的高度和煤機在工作面的位置，最下方是采煤機遠程控制按鈕，用戶輸入登錄權限密碼后可遠程操作采煤機。

圖3 遠程監(jiān)控系統(tǒng)界面

5 結論

該系統(tǒng)大大的提高采煤的工作效率；在工作面生產(chǎn)過程中，滿足本工作面設備安裝和生產(chǎn)要求；保證實時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院瓦h程控制的安全性，滿足自動化要求；齊全的保護功能提高了設備的使用壽命，減少了故障排除處理時間。對礦井數(shù)字化礦山的建設具有一定的推動作用，實現(xiàn)了管理信息化、設備控制自動化、綜合機械化的目標，將徹底打破我國傳統(tǒng)煤礦自動化、信息化水平較低的局面，改變我國傳統(tǒng)煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)方式和管理手段，以實現(xiàn)管理信息化、安全生產(chǎn)信息化，全面實現(xiàn)數(shù)字化礦山的建設，填補國內(nèi)綜合自動化與信息化同步建設的空白，成為我國煤炭企業(yè)現(xiàn)代化礦井的開發(fā)與應用示范工程，走出了一條我國煤礦生產(chǎn)新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)化道路。

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